AR技術在信號機科普中的應用

齊超凡 任毅良 唐毅 劉宇晨 盛一禾

摘要：在BIM數字化建模與三維可視化研究的基礎上，以軌道交通結構全方位展示為出發點，通過 AR（增強現實）技術創建軌道交通結構綜合展示的科普平臺，可以極大地改善傳統科學普及在時間和空間上的限制，觀眾能夠在虛擬環境下實現對軌道交通結構的認知，了解地鐵施工動態演示以及軌道交通的隱蔽工程學習等功能，在科普的安全性、趣味性與可操作性等方面具有明顯的優勢。

關鍵詞：軌道交通;BIM;AR;智慧科普

一.BIM和AR技術現狀

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為基礎，建立起三維的建筑模型，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。建設項目所有參與者在項目全生命周期內，能夠在模型中獲取構件信息，從而從根本上改變傳統的依靠二維圖紙進行項目建設和運營管理的工作方式，達到提高設計效率，減少管理風險的目的。

AR（ Augmented Reality Technique）是在VR的基礎上發展而來，這是一種基于攝像影像特定位置和角度并且能使用自定義三維圖像實時技術，通俗的講就是體驗者通過計算機提供的虛擬模型與真實世界進行無縫融合，使體驗更加真實，增強體驗者對現實世界的感知效果。當前主流的AR開發平臺有ARkit、ARcore、Vuforia 三種。AR 技術的發展得益于VR技術的發展，又通過計算機技術和設備的不斷升級和更新換代，衍生出了AR技術。

伴隨著被納入國家 2025 發展規劃當中的契機，以及 5G 技術的推進，AR、VR等技術將迎來新一輪的爆發。將BIM 技術結合 AR 應用于軌道交通中，能為行業賦能并帶來更大的發展。

二.信號機模型建立

隨著 BIM 的發展，工程界對 BIM 的認知越來越深入。BIM 并不是一種軟件也不是一項信息化技術，而是一種全新的工作和管理模式，在工程技術、流程、組織結構、管理模式等進行系統性的改革，服務于工程的勘察、設計、施工、運維階段，實現全生命周期的管理。在此基礎上，BIM 所能展現出的六大特征，包括可視化、參數化、一體化、仿真性、協調性。

本研究主要采用 Autodesk 公司產品對建模、模擬等過程進行研究，本研究過程中所使用的軟件之間的聯系如圖 1 所示。

信號機是鐵路及城市軌道交通的軌旁基礎設備，以地面信號為主體信號的鐵路信號系統，司機必須按照信號機的顯示運行;城市軌道交通以車載信號為主體信號，正線區段基本不設信號機，只有在道岔區段，為了調車作業的需要而設置地面信號機。所建立的信號機三維圖如圖 2 所示。

三.AR的制作

系統選擇運行穩定高效的 Vuforia SDK 作為增強現實的開發工具，在 Unity 平臺研究多個目標識別技術。核心組件包括攝像機、圖片轉換器、跟蹤器、視頻背景渲染器、設備數據庫、云數據庫、用戶定義的目標等。在增強現實的系統開發中的架構如圖 3 所示。

在首頁點擊“增強現實掃一掃”按鈕，進入增強現實初始化界面，通過外接攝像頭，可掃描并識別 二維識別圖。以掃信號機圖片為例，通過增強現實技術識別信號機圖片，可以展現信號機的模型和結構。如圖4所示。

四.結論

在 BIM 數字化建模與三維可視化研究的基礎上，以軌道交通結構全方位展示為出發點，通過 AR 技術創建軌道交通結構綜合展示的科普平臺，可以極大地改善傳統科學普及在時間和空間上的限制，觀眾能夠在虛擬環境下實現對軌道交通結構的認知及軌道交通的隱蔽工程學習等功能，在科普的安全性、趣味性與可操作性等方面具有明顯的優勢，具有潛在的經濟價值和實用價值，在一定程度上推動軌道交通信息化科普與智慧化的進程。

參考文獻：

[1]路宏遙，吳佳欣，李雅雯，陳威，張超.基于BIM技術的鐵路車站智能信息管理模式研究[J].高速鐵路技術，2020，11（04）：84-87+94.

[2]許曉東，陳青云.城市軌道交通網軌融合智能運維方案研究[J].現代城市軌道交通，2020（08）：115-119.

[3]商墩江，劉麥瑞.“互聯網”下BIM—AR技術在建筑遺產數據中的可視化研究——鼓浪嶼匯豐公館項目開發[J].城市建筑，2020，17（07）：163-169.

[4]高展望，李榮榮，喬洋，付煲云，吳貝.BIM+AR智慧建造技術的應用研究[J].四川建材，2020，46（09）：101-102.

作者簡介：齊超凡，男，漢族，2000.03，本科生，研究方向：鐵道工程

資助編號：上海工程技術大學國家級大學生創新訓練項目（202110856033）